UV/O3/Fenton氧化工藝處理垃圾滲濾液效果研究①

陳 俊， 周 炎， 吳 克,2， 金 杰,2

(1.合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系,安徽 合肥 230601; 2.污水凈化與生態(tài)修復(fù)材料安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601)

0 引 言

隨著城市化建設(shè)進度的加快，大量的垃圾進入環(huán)境中。為了有效消除垃圾對環(huán)境產(chǎn)生的惡劣影響，采用衛(wèi)生填埋、堆肥或焚燒等方式對垃圾進行處理，目前，衛(wèi)生填埋法是我國處理生活垃圾的主要方法。但是在衛(wèi)生填埋過程產(chǎn)生垃圾滲濾液，垃圾滲濾液是在垃圾衛(wèi)生填埋進程中垃圾本身水分及發(fā)酵所產(chǎn)生的水分，加上進入填埋場中的降水而形成的一種有機物濃度高、水質(zhì)變化大、成分復(fù)雜的污水，因此如何無害化處理垃圾滲濾液便成為了當(dāng)下垃圾處理過程中較大的難題，需要研發(fā)出新的技術(shù)進行應(yīng)用[1]。研究以合肥市龍泉山生活垃圾填埋場的垃圾滲濾液為處理對象進行實驗，采用高級氧化組合處理技術(shù)對垃圾滲濾液進行處理研究[2～3]，為垃圾滲濾液的處理工藝提供一條新的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器與試劑

實驗儀器主要有：臭氧發(fā)生器(AZ-500MG-G)；紫外燈(TUV)；消解儀(XJ-Ⅲ)；可見分光光度計(V5000)；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S)；

主要試劑有：硫酸亞鐵；過氧化氫；納氏試劑；酒石酸鉀鈉；氯化銨；鉬酸銨；重鉻酸鉀；硫酸鋁鉀；硫酸銀；硫酸汞；硫酸；鄰苯二甲酸氫鉀。試劑均為分析純。

1.2 反應(yīng)裝置

反應(yīng)裝置如圖1所示，由磁力攪拌器，臭氧發(fā)生器，紫外燈等構(gòu)成。恒溫攪拌器進行溫控和攪拌。根據(jù)不同的組合處理技術(shù)來投加Fenton試劑、臭氧或UV，開始反應(yīng)后，分別在不同反應(yīng)時間進行取樣分析。

1.3 垃圾滲濾液水樣及測定

研究采用的垃圾滲濾液原水樣采自合肥市龍泉山生活垃圾填埋場，該填埋場主要負(fù)責(zé)合肥市的市區(qū)生活垃圾的填埋與處理。研究主要以CODcr和氨氮的濃度作為高級氧化組合處理技術(shù)對垃圾滲濾液處理效果的指標(biāo)，其中，CODcr的測定方法按照《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 快速消解分光光度法》(HJ/T 399-2007)的標(biāo)準(zhǔn)來測定，氨氮的測定是根據(jù)《水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535-2009)的方法來測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 O3-UV法對垃圾滲濾液的處理效果

采用臭氧和UV組合方式，不添加任何化學(xué)試劑，對垃圾滲濾液進行處理，在臭氧濃度為500 mg/h，UV為11 W，在恒溫攪拌器中控制溫度為25℃，取1000 mL的垃圾滲濾液進行反應(yīng)，結(jié)果如圖2所示。

圖1 反應(yīng)裝置示意圖

圖2 O3-UV對垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的降解效果

由圖2可知：在O3-UV法對CODcr的處理，可以看出在反應(yīng)時間為60 min時去除率達到最大值55.70%，然后逐漸趨于平穩(wěn)。由圖2可以看出，O3-UV法對氨氮的去除率相對較差，變化不大，在反應(yīng)90 min時，氨氮去除率為24.33%。臭氧本身能夠直接氧化垃圾滲濾液中的一些有機物，O3-UV法相比較于單獨的臭氧氧化法，使得臭氧能夠在紫外光的照射下生成強氧化劑即羥基自由基(·OH)。同時UV可以與臭氧發(fā)生協(xié)同作用，在UV光解、臭氧直接氧化以及·OH的共同作用下，使大部分的有機污染物質(zhì)被降解，生成H2O和CO2[3～4]。其中，發(fā)揮主要氧化作用的是·OH。該工藝能夠?qū)鴿B濾液中CODCr和氨氮具有一定的去除效果，且不需要添加任何化學(xué)試劑，在垃圾滲濾液處理工藝中具有一定的優(yōu)勢。

2.2 O3-Fenton法對垃圾滲濾液的處理效果

采用臭氧和UV組合方式進行研究，在pH為4，臭氧濃度為500 mg/h，F(xiàn)enton試劑按照c(H2O2)∶c(Fe2+)=4∶1的摩爾濃度配置時，結(jié)果如圖3所示。

圖3 O3-Fenton法對垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的降解效果

圖4 UV-Fenton法對垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的降解效果

從圖3中可知，O3-Fenton法對垃圾滲濾液中CODcr的去除率在反應(yīng)30 min后開始趨于平衡，去除率增加的并不明顯，并在90 min時達到最大的去除率為31.09 %。而O3-Fenton法對氨氮的去除率一直呈上升趨勢，且在反應(yīng)時間為120 min時達到最大去除率為60.58 %。傳統(tǒng)的臭氧氧化法和Fenton法都對垃圾滲濾液中的CODcr及氨氮有去除效果，而將臭氧與Fenton試劑組合在一起，會促進·OH的產(chǎn)生速率[5～6]。而有機物中含有的碳碳雙鍵等官能團會被·OH氧化破壞，從而被降解成CO2、H2O等物質(zhì)，使?jié)B濾液中的有機物等污染物被降解。

2.3 UV-Fenton法對垃圾滲濾液的處理效果

按照c(H2O2)∶c(Fe2+) = 4∶1的摩爾濃度比例配置Fenton試劑，調(diào)節(jié)水樣pH值為4，控制溫度為25℃，UV的功率為11 W，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，UV-Fenton法對CODcr的去除效果在前30 min 內(nèi)增加較快，而后隨著時間的延長去除率增加的速率減慢，將在120 min時趨于峰值為58.29 %。而它對氨氮的最大去除率為32.87 %，在反應(yīng)的20 min時就已經(jīng)達到最大值，隨著反應(yīng)的進行，去除率的變化不大，基本趨于平衡。單獨的Fenton反應(yīng)體系中，在溶液呈酸性的條件下，F(xiàn)e2+和H2O2會反應(yīng)生成Fe3+和·OH[7]。隨后Fe3+又與H2O2反應(yīng)重新生成Fe2+，在Fe2+與Fe3+不停地轉(zhuǎn)化中，·OH被不停地生產(chǎn)出來，使?jié)B濾液中的有機物質(zhì)被不斷地消耗，而在紫外燈的照射下，這一過程被不斷地加快，因此能加速促進滲濾液中有機物的去除。

3 結(jié) 論

研究的各種組合氧化工藝中，UV-Fenton法對垃圾滲濾液中CODcr的去除效果最好，在120 min時達到了58.29 %，而O3-Fenton法對氨氮的去除效果是這三種組合技術(shù)中最好的，其最大去除率在120 min時達到了60.58%。相比較于單獨的Fenton法，F(xiàn)enton試劑在UV或臭氧的作用下會產(chǎn)生更多的·OH，同時也更加快·OH的生成速率，使得水中的有機物在其強氧化性的作用下被快速降解，從而達到去除垃圾滲濾液中CODcr和氨氮的作用。同時由于UV或臭氧的加入，使得Fenton試劑的投加量得到減少，因此可以節(jié)約成本。O3-UV法對CODcr以及氨氮的去除效果雖然沒有另外兩種組合處理技術(shù)那樣好，但O3-UV法的優(yōu)勢在于不用投加試劑，因此會更節(jié)約成本，同時在操作技術(shù)上也更簡便，適用于處理有機污染物濃度低的垃圾滲濾液。